瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员提出,一种新型石墨烯可以作为一种特效材料,以用于生产钠电池高性能电极。
在《Science Advances》期刊上发表的一篇文章中,科学家们解释说,改性石墨烯不仅可以储存钠离子,也可以提高电池容量,使其能与现在的锂离子电池媲美。在这篇文献中,研究团队表示,与锂不同的是,钠资源非常丰富和廉价,存在于海水和食盐中。虽然如此丰富的资源让钠离子电池成为了一种值得关注且可持续的替代产品,但在储能容量方面,钠离子电池面临多项挑战。
容量问题导致钠离子电池不能与锂离子电池竞争。截至目前,石墨成为了一个制约因素。石墨是一种由石墨烯叠层构成的材料,被用作锂离子电池的阳极。锂离了可插入石墨,即穿插石墨烯层并被储存而用于放电。然而,钠离子的半径比锂离子的大,两者的活性也不同。因此,钠离子不能被有效地储存于石墨结构中。
查尔姆斯理工大学对这个问题的解决方案是,在石墨烯层的一侧添加一个分子间隔。该研究的第一作者Jinhua Sun表示,“当各石墨烯层叠置时,该分子间隔在石墨烯层之间形成较大的间隙,并提供一个相互作用点,从而导致容量的显著提高。通常,在标准石墨中,钠离子插层的容量约35毫安时/克,低于石墨中锂离子插层容量的十分之一。然而,如果采用新型石墨烯,钠离子插层的比容量为332毫安时/克,接近石墨中锂离子插层的容量。研究结果显示出充分的可逆性和高度的循环稳定性。”
该研究的合作者Aleksandar Matic表示,“该研究仍处于早期阶段,但是结果颇具前景。这说明可以按有序的结构设计适合钠离子穿插的石墨烯层,使之与石墨相当。”